W-Cr-Ti三元合金的氧化行为

Garcia等研究人员通过MA和热等静压（HIP）技术生产W-Cr-Ti三元合金—WCr₁₂Ti_2.5（wt%），并研究了其氧化行为。结果显示，WCr₁₂Ti_2.5合金在800℃下氧化的前15小时，其Δ m/S是W-Cr合金的1.25×10^-2至4×10^-2倍。此外，在1000℃氧化的前5小时，前者是后者的2×10^-2至5×10^-2倍。随着氧化时间的增加，WCr₁₂Ti_2.5合金的氧化层变得更厚，其孔隙率逐渐增加。此外，氧化后的合金具有相似的横截面结构，从内到外分别由黑色、深灰色和浅灰色三相组成。

等温氧化后合金的横截面和EDS映射图像显示黑色的最外层是Cr₂O₃，深灰色的中间层是由Ti、W、少量的Cr和其他氧化物组成。此外，Cr₂O₃层的底部由Cr₂WO₆和Ti₂CrO₅层组成，随后是由Ti₂CrO₅和WO₃组成的混合区域。这表明Ti⁴⁺和Cr³⁺阳离子向外扩散的速度比W³⁺阳离子的扩散速度大。更重要的是，在外层区域有大量以 “波浪”形式出现的不规则鳞片生长，而且其厚度不均匀。这是因为在氧化过程中产生了大量的氧化物和释放了压应力，导致了Cr₂O₃层较薄区域的开裂。作为扩散屏障，Ti₂CrO₅层抑制了O^2-的内部扩散，这使得该合金具有比W-Cr合金更好的抗氧化性。尽管内部氧化区和大块合金区都比较光滑，但其中仍有一些孔洞。这表明仍有一些氧气进入合金，使富含W的相位被氧化。

参考来源: Fu T, Cui K, Zhang Y, et al. Oxidation protection of tungsten alloys for nuclear fusion applications: A comprehensive review[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 884: 161057.

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